王海濤 田祥 陳云平

【摘要】天然氣作為清潔能源已經廣泛的應用于社會經濟各個角落，對國民經濟的發(fā)展起到了很大的推動作用，改善了國家的能源供應結構，有利于節(jié)能降排和環(huán)境保護。CNG加氣母站從設計和施工均是在探索過程中完成，本文結合工程建設的實際，對加氣母站的基本概況、國內的發(fā)展現狀、系統(tǒng)的基本構成和設備參數選擇進行了詳盡敘述。加氣母站建設時，設計必須嚴格按照標準規(guī)范進行，詳盡深入理解各種工藝流程的原理，所有材料設備需為生產運營服務。

【關鍵詞】加氣母站 工藝流程 裝置

改革開放二十年來，我國經濟發(fā)展水平保持著強勁發(fā)展勢頭，一個新興的工業(yè)大國正在崛起。隨著人民生活水平的日益提高，人們對于汽車的熱愛與依賴持續(xù)升溫，汽車在推動經濟、拉動市場、帶動產業(yè)發(fā)展方面是其它商品難以比擬的。天然氣作為高效率、無污染的新能源來逐步替代牽動全球經濟神經的石油是一種大趨勢。在此情況下，關于CNG加氣母站的建設與研究就成為了最新的努力方向。

1 國內外加氣站發(fā)展狀況

壓縮天然氣汽車簡稱CNGV（Compressed Natural Gas Vehicle），是將天然氣壓縮至25MPa，儲存于氣瓶中，經減壓器減壓后供給汽車內燃機燃燒的技術。國外自二十世紀30年代開始進行天然氣汽車技術研究，目前已形成系列成熟的配套技術，并發(fā)展成為一種新興產業(yè)。天然氣汽車是以天然氣作為燃料的汽車，按照天然氣的化學成分和形態(tài)，可分為壓縮天然氣（CNG）汽車、液化天然氣（LNG）汽車和液化石油氣（LPG）汽車3種。1929年，意大利在世界上首先應用天然氣做汽車的燃料。為了促進燃氣汽車的發(fā)展，世界各國政府幾乎都制定了相關政策予以支持，主要有法規(guī)性政策和扶持氣價性政策。國內CNG技術研究始于上世紀70年代，川渝是全國最大的天然氣開采和最早開發(fā)利用CNG的地區(qū)。通過對國外技術的消化吸收，已取得了突破性進展，能自行開發(fā)完成CNG汽車系統(tǒng)工程，與國外相比，國內設備價格低廉、配套性好、便于維修。但設備操作相對復雜，維修較為頻繁。

2 加氣母站工藝流程及工藝裝置

2.1 工藝流程

CNG加氣母站的主要功能是接受上游管道來氣進行計量、調壓、過濾，然后進入前置脫水裝置進行脫水處理，使天然氣的露點達到規(guī)定的-55℃后，由壓縮機增壓至25Mpa，通過加氣柱向車載儲氣瓶（20MPa）充裝壓縮天然氣。主要包括計量調壓、脫水、壓縮、儲氣、售氣幾個部分。另外還配備自控、給排水、供配電等系統(tǒng)。目前，國內外工藝流程大體相同，只是工藝設備的選擇、安全防范措施存在一定差異。CNG加氣母站供氣接自分輸站內匯管，調壓后進入壓縮機前緩沖罐穩(wěn)壓，再進入壓縮機，經壓縮機壓縮至25MPa，經過硅膠、分子篩雙塔再生干燥器進行脫水處理，使天然氣含水量達到國家車用燃料氣標準，直接向加氣柱供氣。站內設有排污罐，主要是回收干燥裝置、緩沖罐、壓縮機的液體。干燥裝置、緩沖罐、壓縮機的安全放散氣體匯到放空立管進行放空。壓縮機等設備區(qū)域安裝氣體泄漏檢測、報警系統(tǒng)。國內加氣母站主要有低壓凈化流程和高壓凈化流程。

2.2 工藝裝置

工藝裝置的選擇要滿足技術要求，在不影響安全生產的前提下，盡量節(jié)省投資的原則。加氣母站內主要設備有：進站閥組、脫水裝置、壓縮裝置、儲氣裝置、控制系統(tǒng)、售氣系統(tǒng)。

2.2.1 進站閥組

閥組設進站放空、緊急切段、來氣計量、調壓，以保證來氣的穩(wěn)定性和交接計量的準確性，閥組內還設有緩沖罐，以保證壓縮機工作平穩(wěn)。青島CNG加氣母站工程氣源管線自濟-淄-青天然氣管線已建王家莊閥室接入，考慮到王家莊閥室內原預留即墨及周邊地區(qū)的天然氣管線接頭，加氣母站利用了此接頭，因此在氣源管線進站后預留即墨及周邊地區(qū)的天然氣接頭。

2.2.2 脫水裝置

《城市天然氣的含水量要求》（GB/T17820）為在天然氣交接點壓力和溫度條件下水露點應比最低環(huán)境溫度低5℃。而汽車用壓縮天然氣的水露點為在汽車駕駛的特定地理區(qū)域內，在最高操作壓力下，水露點不應高于-13℃；當最低氣溫低于-8℃，水露點應比最低氣溫低5℃（《汽車用壓縮天然氣》GBl8047-2001）。顯然以城市天然氣為氣源的CNG加氣站，還必須對城市天然氣進行深度脫水才能輸出合格的汽車用壓縮天然氣。脫水裝置為分子篩吸附處理方式。進入CNG加氣母站的天然氣是經過初步凈化的干氣，符合《天然氣》GB17820-99中Ⅱ類氣質的要求，目前國內生產的脫水裝置出口干氣含水量完全可以滿足車用壓縮天然氣的使用要求。本工程使用的國內脫水裝置為LND5000/2.5型，該裝置由兩個并列的干燥塔及加熱器、循環(huán)風機、冷卻器、分離器、過濾器組成，它們連接在一起組成完整的系統(tǒng)，兩個干燥塔以循環(huán)的方式交替作為吸附和再生使用；為確保連續(xù)工作，當一個塔吸附水蒸氣時，另一個塔已完成再生過程。吸附與再生為兩個獨立的系統(tǒng)，互不干擾運行，再生為閉式循環(huán)，再生氣來源和排放與外界基本無關。

2.2.3 壓縮裝置

（1）壓縮機選型。

①設備機型選擇。天然氣壓縮機是CNG加氣母站的關鍵設備，CNG加氣母站生產能力不大，氣體壓力變化很大，這種高壓縮比、低排量的機型，以往復式壓縮機最適合。國內生產天然氣壓縮機始于80年代末期，經過幾十年的生產、建設經驗積累，已完全能夠滿足CNG加氣站的工藝要求，而其價格遠低于進口設備，且現有國內許多壓縮機廠家生產的大排量壓縮機的許多關鍵部件選用的是進口配置件，如壓縮機的填料、活塞環(huán)、氣閥、高壓閥等，其運行也非常平穩(wěn)，維修費用低且及時。進口壓縮機由于配件提供不夠及時而影響生產的情況在國內CNG加氣站內時有發(fā)生?，F有國產CNG加氣站天然氣壓縮機的機型有L型、D型、ZW型、W型、M型、星型等。M型壓縮機屬對稱平衡式壓縮機，該壓縮機重心低，振動小、運轉平穩(wěn)、易損件壽命長（少潤滑油）、排氣量大適用于加氣母站。

②冷卻方式選擇。國產CNG加氣站天然氣壓縮機的冷卻方式主要為風冷、水冷。由于本工程壓縮機排量較大，選用風冷冷卻方式，存在噪音高、空冷氣耗電量大等問題，設置了隔音設施（每套約20萬元）后，減少了整個壓縮機撬體的內部空間，不利于維修。水冷冷卻方式，存在循環(huán)水多次循環(huán)后結垢的問題，可以設置加藥裝置。

③設備選擇。本工程采用國內壓縮機M-1.65/25-250JX。進口壓力1.6～2.5MPa，最大排量2430Nm³/h。機組采用整體撬裝，采用高壓密封填料設計和無平衡段設計，無級差平衡段，因而無自耗氣。氣缸、填料無油潤滑設計和氣缸倒級差設計，可實現氣缸、填料采用無油潤滑結構，強制少油潤滑，壓縮介質（天然氣）不會受潤滑油污染，同時節(jié)省了潤滑油的消耗（50g/h·臺），降低了使用成本。電動機通過彈性聯(lián)軸器直接驅動壓縮機，機組的其他系統(tǒng)均布置于撬座上，撬裝壓縮機組包含機組運行所必需的總成及系統(tǒng)（含壓縮機、電動機、冷卻器、過濾裝置、控制系統(tǒng)等）。壓縮機為四列四缸水平對稱平衡式的4M機型，四列曲拐分成互成90°。兩列兩缸水平式對稱平衡，使得慣性力、慣性力矩完全平衡，活塞力分布更加均勻，所以振動非常小，運轉平穩(wěn)、可靠，易損件使用壽命長。一缸一列，兩列氣缸布置于壓縮機兩側，其切向力較D型、L型、W型相比為最小，故只需配置質量較輕的飛輪。即可保證設備平穩(wěn)運行，并節(jié)約大量電耗。

2.2.4 控制系統(tǒng)

加氣站的控制系統(tǒng)對于加氣站的正常運行非常重要，一個自動化程度高、功能完善的控制系統(tǒng)可以極大地提高加氣站的工作效率，保證加氣站的安全、可靠運行。根據生產管理要求，自控系統(tǒng)本著安全、可靠、平穩(wěn)、經濟的原則進行設計。加氣站的控制系統(tǒng)主要有電源控制、壓縮機運行控制、售氣控制。壓縮機的運行控制系統(tǒng)主要有壓縮機的自動起停、進出口壓力的控制、壓縮機潤滑油壓等的控制。售氣控制可設置在售氣機內。站內常規(guī)自控設施包括進站調壓閥、高級孔板閥、可燃氣體濃度報警儀等。

2.2.5 售氣裝置

加氣母站售氣主要通過售氣機（加氣柱）來實現。售氣機設有流量計，由先進的微電腦控制，自動計量、自動計價；在每個加氣槍軟管上設有安全斷開閥，如果加氣槍軟管被汽車拖走，拉斷閥將自動斷開，關閉氣路，保證了系統(tǒng)的安全性。本工程采用國產加氣柱，額定壓力25MPa，加氣流量60～5000Nm³/h，計量準確度： ±0.5%，采用進口大通徑CNG加氣機專用質量流量計，確保計量準確、工作穩(wěn)定。

2.3 自控控制系統(tǒng)

2.3.1 系統(tǒng)內容

在進氣管線上設氣動緊急切斷閥1套，采用儀表風供氣。采用高級孔板閥配套流量管理器進行流量檢測，配溫度壓力檢測，信號進流量管理器進行溫壓補償，并遠傳至控制室的計算機控制系統(tǒng)顯示流量、溫度、壓力等信號。采用自力式調節(jié)閥進行壓力調節(jié)，將燃氣壓力穩(wěn)定在2.5MPa。采用可燃氣體探測器檢測壓縮機區(qū)、閥組區(qū)、加氣棚區(qū)可燃氣體濃度，將信號遠傳至控制室的可燃氣體報警控制器上進行報警。在控制室設火災自動報警系統(tǒng)，并在巡檢通道及壓縮機房等出入口設手動報警按鈕。壓縮機組進出管線高低壓報警及停車裝置、冷卻水的報警及停車裝置、潤滑油系統(tǒng)的報警及停車裝置等由壓縮機組成套。

2.3.2 自動控制

根據加氣母站工藝和生產管理的要求，自控系統(tǒng)本著安全、可靠、平穩(wěn)、經濟的原則進行設計。加氣母站設一控制室，在控制室設PLC系統(tǒng)對工藝過程進行集中控制、顯示、記錄和報警及切斷。在進站管線及儲氣井進出管線上設緊急切斷閥。在天然氣容易泄露的地方設可燃氣體檢測。加氣母站為易燃、易爆危險場所。自控設備要求質量可靠、技術先進、性能穩(wěn)定、安全防爆，有成熟的應用經驗?，F場儀表選用隔爆儀表。

3 結束語

我國天然氣汽車的發(fā)展已多年，作為有利于大氣環(huán)境，調整能源結構，實現可持續(xù)發(fā)展的有效途徑，天然氣汽車已受到國內各界的廣泛關注，因而加強CNG加氣母站的建設與研究是十分有必要的。